深度好文：看懂3D晶體管的奧秘

　　近年來半導(dǎo)體業(yè)最大的新聞，莫過于各家廠商都推出了3D晶體管，一掃過去深度納米制程毫無進(jìn)展的陰天心情。原本卡在半空中很久的30納米以下制程，以及大家都一致唱衰的摩爾定律必破論，似乎又被丟到了垃圾筒里去了。講到這些就不得不提到Intel公開的Tri-Gate晶體管，還有臺(tái)積電的FinFET制程，都是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的代表。

　　AMD早在2002年，也做了一顆10納米3D的FinFET晶體管，試圖踩入這一塊的設(shè)計(jì)圈，希望可以早日看到量產(chǎn)的計(jì)劃。為什么之前一旦談到30納米制程大家就很痛苦，現(xiàn)在又充滿了希望呢？這就要從晶體管的特性開始談起。

　　讓硅半導(dǎo)體導(dǎo)電

　　硅半導(dǎo)體的特性就是它不導(dǎo)電，讀者們一定要問如果它不導(dǎo)電那我們的芯片難不成是米糕做的？答對(duì)了，就是米糕！

　　水電工前輩們知道硅結(jié)晶呈現(xiàn)了很穩(wěn)定的四價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，所以晶體之中沒有什么自由電子活動(dòng)空間，如果沒有外力填充電子進(jìn)去或者填充電洞進(jìn)去是沒什么機(jī)會(huì)導(dǎo)電的。所以就在硅結(jié)晶中加入了少量的五價(jià)或三價(jià)原子雜質(zhì)進(jìn)去，大概都不超過萬分之一，讓硅結(jié)晶像米糕一樣亂一些，這樣一來就可以導(dǎo)電了！

　　其中加入三價(jià)雜質(zhì)的硅結(jié)晶會(huì)產(chǎn)生出一些可以容納正電荷的空間，我們稱之為電洞，加入五價(jià)的則會(huì)產(chǎn)生多余的電子出來可以自由漂移。仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，電子飄移的速度會(huì)比電洞快很多，這是因?yàn)殡姸床⒉皇钦娴恼姾稍谝苿?dòng)，而是靠負(fù)電荷在推擠移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)現(xiàn)象。

　　P、N組成二極體

　　好不容易讓硅導(dǎo)電之后，水電工們把填入三價(jià)雜質(zhì)的P型半導(dǎo)體和加入五價(jià)雜質(zhì)的N型半導(dǎo)體連起來發(fā)現(xiàn)，它又不導(dǎo)電了！超營養(yǎng)大雞排??呃，不對(duì)，當(dāng)電流換一個(gè)方向由P流至N時(shí)它其實(shí)是會(huì)導(dǎo)電的，這就是大家熟知的二極體。

　　二極體能單向?qū)щ姡饕€是因?yàn)殡娏鲝腜型半導(dǎo)體流往N型半導(dǎo)體時(shí)，可以輕易地跨過介面電場（因?yàn)殡妶龇较蚝碗娏鞣较蛳嗤聪驎r(shí)則會(huì)和這個(gè)由材料差異引起的介面能階差互相對(duì)沖以致無法流過去。不過當(dāng)電壓大于能階差的時(shí)候還是會(huì)打穿的，基納二極體就是利用這個(gè)效應(yīng)工作的整壓二極體。